煤礦頂板災害分析及防治

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煤礦開采作業環境由于其特殊性，受地質條件及生產管理等因素影響非常大，任何一個環節出現問題，均有可能會產生安全事故，造成重大生命財產事故。總結以往數據可知，頂板災害為最主要的安全事故之一，同時也是施工管理要點。想要消除此類災害，必須要做好煤礦頂板控制與巷道支護，搭配各項新型機械設備，作為煤礦開采作業實施的保障，在維持較高作業效率的同時，減少安全事故的發生。

1煤礦頂板災害分析

1.1工作面頂板災害

為滿足社會生產生活對煤炭資源的需求，現在有更多新型設備和技術被應用到煤礦開采中，機械化程度不斷加強，且生產安全意識提高，現場管理更到位，頂板災害產生的可能性降低。但在比較特殊的情況，如松軟煤層、復合頂板、淺埋煤層及深度開采等，雖然可應用機械化開采，但依然會有較大可能發生頂板災害事故。工作面頂板災害主要可分為幾類：a)煤壁處冒頂。煤壁松軟度高或割煤高度太大，再加上支架空頂距大，這樣未進行支護的部位便會出現冒頂情況。部分煤礦還會因為安全意識不到位或為了降低操作難度未及時進行支架支護而出現冒頂；b)地質構造區冒頂。一般地質構造區域煤巖破碎度較大，這樣工作面在經過破碎區時，受構造應力和采動應力作用，破碎煤巖便會冒頂；c)出口處冒頂。一般機械設備多設置在工作面出口部位，控頂面積較大，應力也更為集中，出現冒頂的可能性增大；d)大面積冒頂。如果工作面頂板巖石厚度較大且堅硬度高，及頂板來壓步距超過50m，一旦頂板自身強度無法滿足上覆巖層與自重要求時，便會出現大面積的斷裂垮落，會將采空區內的空氣與瓦斯壓出，產生強烈沖擊，部分情況下甚至會誘發瓦斯事故，存在非常大的危險性。

1.2巷道頂板災害

巷道頂板災害在煤礦開采中也比較常見，根據其發生部位不同，可對其進行簡單劃分：a)掘進工作面冒頂。在對工作面進行掘進時，將煤巖破開后，頂部煤巖層失去控制，三向應力轉變為平面應力，煤巖會發生卸壓破壞，必須要及時進行支護，否則很容易形成冒頂問題。且對于已支護處理的頂部煤巖，如果支護強度不足，將會因為局部支護失效而造成冒頂；b)構造區巷道頂板。構造區頂板破碎或釋放構造應力，也會出現頂板災害。掘進工作面遇到不明構造時，并未對構造破碎區進行超前加固處理，受外部作用力影響出現冒頂事故的可能性非常大。尤其是構造應力較大時，釋放構造應力時便會誘發冒頂，存在較大安全隱患。

2煤礦頂板災害影響因素

2.1自然因素

煤礦開采作業受地質條件和開采作業影響較大，多種條件綜合影響，且未采取任何防護措施，便有可能出現頂板災害。就中國煤礦頂板災害事故研究現狀來看，已取得了有效成果，尤其是面對中國高度復雜的煤礦地質條件，通過對工作面頂板破碎度進行統計，已提出采用頂板破碎程度指標對頂板穩定類型進行劃分的想法，且已初步掌握煤礦開采深度、煤層厚度對巷道高度及圍巖應力大小的影響關系。

2.2技術因素

煤礦頂板災害事故因為其產生的影響非常惡劣，一直都是煤礦開采施工管理和研究的要點，面對不斷更新的施工技術與機械設備，想要有效改善事故發生概率，除了要基于地質條件進行分析外，還需結合所用開采技術與設備進行綜合研究，評判事故發生可能性，然后將其作為防治措施實施的依據。就中國煤礦開采現狀來看，生產技術水平持續提高，采掘工作面數量不斷減少，出現頂板事故的地點也相應減少。同時在不斷施工中掌握的技術手段持續積累，地質材料也逐漸完善，應用到的預測預報與防治技術手段更為先進，使得煤礦開采管理質量提升。

2.3管理因素
所有生產作業的有效進行均離不開可靠的管理，有效的管理措施為安全、可靠生產的關鍵，因此在進行煤礦頂板災害事故分析時，需將管理因素納入其中。管理制度為切實有效開采技術與措施落實的保障，而所有管理工作的實施，均需要由管理人員和施工人員技能水平和配合效率決定，各項因素綜合決定了頂板災害防治的有效性。

3煤礦頂板災害防治措施

3.1科學評價頂板危險性

為提高煤礦開采綜合效率，必須要提前對作業現場條件進行綜合勘察，對工作面煤層地質條件有一個整體了解，并綜合各項因素完成頂板的安全性評價，確定出危險區域，然后提出有針對性的防治措施，提高作業綜合效率。其中，開采條件的掌握包括煤巖厚度、傾角、強度、水文條件等，同時對煤巖體物理力學性質參數進行專業測試，并掌握煤巖沖擊傾向性特點，作為防治方案制定依據。同時，還要在確定地面三維地震探測結果的前提下，對工作面進行更為細致的地質勘察，根據工作面構造特點，判斷是否存在異常情況，基于采掘區域實際情況對掘進施工方案進行調整和優化。另外，還可通過理論分析及數值模擬方法，對礦壓強度進行預測，綜合應力異常區和構造特點，確定各區域頂板災害發生可能性，根據發生概率高低來采取對應措施處理，提高開采生產安全性。

3.2危險區域監測預警

對于已評測出的危險區域，可設置監測站來對該區域的圍巖變形、支護受力及頂板離層等問題進行實時監測，結合位移與應力變化情況，確定其發生頂板災害事故的概率，且在達到預警閾值時，便會自動發送告警信息。在接收到告警信息后，可通過檢測支架工作阻力，對初撐力、來壓步距、循環末阻力等進行分析，統計支架保壓概率、安全閥開啟率及初撐力合格率等，判斷支架所處工作狀態，便于及時對防治措施進行調整，減少冒頂、壓架等事故的發生。

3.3施工方案優化調整

施工開采方案是否科學可行，也會對頂板災害發生概率產生較大影響，因此需提前基于各項因素來對方案進行優化調整，以便有效應對地質條件突然變化及支護失效等問題的發生。以采掘工作面開采條件和頂板安全性評價結果為依據，對原有設計方案進行調整，消除頂板災害發生條件。例如采區布置和采掘接替調整，以免應力過于集中和動壓疊加，提高支護處理科學性與可靠性，同時制定針對危險區頂板災害監測與預警方案，將各項防治措施落實到位。

4結語

以減少煤礦頂板災害事故發生為目的，對各項影響因素進行分析，基于實際情況確定優化方法，確定事故防治要點與方法，爭取通過各項措施的應用，來提高煤礦開采作業的安全性。

作者:申明明 單位:霍州煤電集團安全監察局